基于Surpac的矿山

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题 目：基于Surpac的矿山

计算机三维模型研究

学生姓名： 学 号：

专 业：测绘工程 班 级： 指导教师：

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摘要

数据模型是联结现实世界和计算机世界的桥梁，三维空间数据模型作为数字矿山的核心内容和基础，它反映了真实矿山中三维空间实体及其相互之间的联系，为三维空间数据组织和三维空间数据库模式设计提供基本的概念和方法。矿山三维模型研究是“数字矿山”的核心组成部分，是现代矿山信息化研究的热点和重点。本文基于Surpac的矿山计算机三维模型研究的过程，实现了地质数据库的建立，实体模型、品位块体模型的创建等，重点探讨了建模过程中地质数据库的设计、地质解译、矿体储量估算的方法与技术，为矿区成矿规律的研究和成矿预测提供了有效的技术手段，大大提高了矿产勘查的效率，为促进我国矿山信息化的建设和发展提供了便捷的途径。 关键词：三维模型；Surpac；矿山；钻孔数据

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Adstract

Data model is the bridge which connects real world and computer world,and as core content and basis of the digital mine，3D spatial data model reflects 3D spatial entities of real mine and relations among of them.And it provided the concepts and methods of ogranization of 3D spatialdata and design of 3D spatial data base schema.Three-dimensional model of mines is an important part of digitalmine, and it is also a hotspot on the research of modern mines informatization. Study on Computer three-dimensional model of mines of the process based on Surpac,which including establishment of geological database, creation of solid model and grade block model etc. some methods and techniques used in geological database design, geological interp retation and ore - body reserves estimation, were particular discussed. Finally, a kind of effective method and means is put forward formetallogenic study and prognosis in mines, which greatly improve the efficiency ofmineral exploration, and also promote the informatization construction in mine.

Key words: three-dimensional model; Surpac; mine; borehole data

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目 录

摘要 ..................................................................................................................................... I Adstract .............................................................................................................................. II 第一章 绪论 .............................................................................................................................. 1

1.1研究背景 ...................................................................................................................... 1 1.2 SurpacVision软件简介 ................................................................................................ 1 1.3矿业软件的发展 .......................................................................................................... 2 1.4研究的目的及意义 ...................................................................................................... 3

1.4.1 研究目的 .......................................................................................................... 3 1.4.2 研究的意义 ...................................................................................................... 3 1.5研究的内容及思路 ...................................................................................................... 4

1.5.1 研究的内容 ...................................................................................................... 4 1.5.2 研究的思路 ...................................................................................................... 4

第二章 Surpac软件的功能 ...................................................................................................... 5

2.1 Surpac软件的特点 ...................................................................................................... 5 2.2 Surpac软件的功能 ...................................................................................................... 7 2.3 Surpac的数据类型 .................................................................................................... 10 2.4 Surpac软件与GIS 软件的区别 ............................................................................... 11 第三章 数字矿山建模的理论与方法 .................................................................................... 12

3.1 数字矿山研究意义 ................................................................................................... 12 3.2 数字矿山中研究三维模型的意义 ........................................................................... 13 3.3 数字矿山三维数据模型的研究现状 ....................................................................... 13 3.4 数字矿山建模的理论 ............................................................................................... 15 3.5 数字矿山建模的方法 ............................................................................................... 16 第四章 地质数据库的研究与建立 ........................................................................................ 18

4.1地质数据库简介 ........................................................................................................ 18 4.2地质数据库的建立 .................................................................................................... 18

4.2.1 数据表的创建 ................................................................................................ 20 4.3地质数据的录入与管理 ............................................................................................ 22

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第五章 实体模型的研究与创建 ............................................................................................ 27

5.1实体模型简介 ............................................................................................................ 27 5.2钻孔风格的设置及显示 ............................................................................................ 28

5.2.1 钻孔风格的设计 ............................................................................................ 28 5.2.2 显示钻孔 ........................................................................................................ 29 5.3实体模型的创建 ........................................................................................................ 30

5.3.1 圈定矿体 ........................................................................................................ 30 5.3.2 连接实体 ........................................................................................................ 31

第六章 建立矿体品位模型 .................................................................................................... 33

6.1样品的组合 ................................................................................................................ 33 6.2地质统计分析 ............................................................................................................ 35 6.3对块体模型赋值 ........................................................................................................ 40 6.4矿区储量的计算 ........................................................................................................ 41 6.5计算矿体的体积 ........................................................................................................ 45 结论 .......................................................................................................................................... 46 参考文献： .............................................................................................................................. 47 附录A：英文翻译 .................................................................................................................. 50 致谢 .......................................................................................................................................... 64

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第一章 绪论

1.1研究背景

20世纪90年代以来, 随着计算机硬件性能的提高及计算机图形学技术、三维GIS技术和数据库的迅猛发展和日渐成熟，在地质学领域，以平面图和剖面图为主的传统的地质信息的模拟与表达难以满足现代矿山信息化发展趋势的迫切需要，三维地质建模及可视化的研究已受到广泛重视。所谓三维地质建模(3D Geosciences Modeling)，就是指采用适当的数据结构，在三维环境下，综合运用现代空间信息理论和计算机技术，将空间信息管理、地质解译、空间分析和预测、地学统计、实体内容分析以及图形可视化等工具结合起来，来研究地质体几何结构及其内部物理、化学属性等地质信息，并用于地质分析与资源储量估算的技术。它是由地质勘探、数学地质、地球物理、矿山测量、矿井地质、GIS、图形图像和科学计算可视化等学科与技术交叉而形成的一门新兴技术。这一概念最早是由加拿大的SimonW Houlding于1993年提出相对于传统的二维地质数据表示方法，三维模型能够完整准确地表达各种地质现象，快速直观地再现地质单元的空间展布及其相互关系，挖掘隐含的地质信息，方便工程决策、地质分析和自动制图而钻孔又是获取三维地质信息的最直观、准确和详细的手段[1]。

1.2 SurpacVision软件简介

SurpacVision软件是由澳大利亚Surpac国际软件公司开发的矿山工程软件。该软件有着出色的3D图形功能、良好的图形用户界面、功能强大的图形绘制显示模块以及基于网络的客户服务器结构，适合于在地质、测量、采矿等相关行业推广应用。在建立矿床模型方面，SurpacVision软件基于地质数据库提供了功能强大的建模工具及模块，具备多种建模方式，实现了动态操作，模型具有良好的闭合空间结构，是矿山企业进行矿床建模较好的开发工具，目前全世界有90多个国家在使用。SurpacVision软件包含数十个可选的功能模块，涵盖一般资源项目的各个环节，主要有：软件体系结构模块、JAVA程序模块、钻孔数据库管理模块、图形用户界面模块、宏功能模块、绘图及可视化仿真模块、测量模块、地质统计学模块、矿产等级控制模块、结构设计模块等。软件的核心是一个完全集成的数据可视化和可编辑的、真正意义上的三维图形模块，采用三维图形

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可视化仿真、灯光投影、数据插值拟合、单元剖分和消隐等技术, 便于用户以最佳效果来观察图形。软件的编写语言是C /C++，用户界面使用和Java和TCL ( Tool Command Language) 语言。软件采用C /S结构，所有的数据和功能在处理过程中都存储在服务器中，图形引擎和用户界面则由客户端实现, 也可把图形引擎移动到服务器上，这样，所有的图形和数据可以适应Internet/ Intranet网络传输和管理。Surpac支持多种文件格式，可以输入GIS或其他图形软件(如AutoCAD) 的图形，并可以进行二次开发[1]。

1.3矿业软件的发展

随着计算机技术的迅猛发展，其在矿业中的应用日趋广泛，几乎涉及整个采矿工程领域，其中各种矿业软件的研发是计算机在矿业中应用的重要方面。

近20年来，以矿床模型为基础的矿业仿真软件发展迅速，西方一些大的采矿软件公司相继推出了用于地质资料的处理、矿床建模、开采辅助设计以及管理信息系统等方面的矿用商品化软件。

英国Datamine公司开发的Datamine采矿软件，包括地质信息处理、矿床模型构造、采矿设计、矿山调度与计划等模块。其最大特点是屏幕上作图功能，可将露天或地下矿山设计所需的各种图形，以三维和彩色的形式在计算机屏幕上显示出来。

澳大利亚Maptek公司开发的Vulcan软件，将地质、矿床模型、采矿设计及进度计划编制融为一体，可利用地质统计学方法处理原始数据并预测品位变化，可进行露天或地下采矿设计和生产进度安排，可用于项目的可行性研究可用于矿山生产的日常管理，还可以进行采场的最优化设计[2]。

澳大利亚surpac公司开发的surpac软件，具有地表测量数据处理、地质勘探数据分析和采矿设计生产计划和开采进度计划编制以及尾矿和复垦设计等功能，目前在全球90多个国家和地区拥有5000多个用户[3]。

美国Intergraph公司开发的Intergraph交互式图形处理系统，用来管理复杂的动态矿床模型。该系统能够由钻孔数据直接生成三维实体矿化模型，并有模拟断层和快速进行与地质结构相关的采矿工程布置的设计与评价功能，在瑞典、加拿大、以及南非的一些矿山公司获得很好的经济效益[4]。

加拿大Lynx公司开发的MINCAD系统，能用于露天和地下开采，用户可以通过人机交互设计不同的边界品位和边坡角下的露天矿开采境界，并做出生产进度计划；通过构造实体矿化模型，在二维或三维矿体视图上可以设计地下巷道和采场，并可考察各种

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开采方案的效果[5]。

美国罗克韦尔（Rockwell）公司开发的Whittle Four-D是典型的露天矿优化设计软件。主要的输入数据是采剥废石的成本、含矿矿块的价值及边坡要素；主要计算结果包括三维境界和不同开采阶段的境界形态，该软件适用于多矿种、混合矿、多种选矿法、不同回收率和截止品位以及变化边坡角和回填方案的复杂露天矿的优化设计。

此外，还有澳大利亚Micromine、Gemcom、Mincom、Minemap等公司开发的矿业软件系统，具备地质统计、矿体造型和采矿设计等功能，在很多国家中得到广泛的应用。

1.4研究的目的及意义

1.4.1 研究目的

随着这几年中国矿业的快速发展，加快和促进数字化和信息化建设己经成为很多矿山企业的发展目标。在国外，很多矿业公司都是通过建立矿山的三维矿床模型、三维采矿工程模型来从事储量计算、资源评价、矿山规划、采矿设计和采矿方案优化。多少年来，地质、矿业界人士一直希望能够更直观更准确地圈定矿体边界、了解地下地质体(包括地层、断层、褶皱构造等)的三维形态、准确地解译和圈定地下地质体，以便指导矿业开发和深部找矿预测，这就是传统矿业向现代矿业的变革。本文旨在用Surpac矿业软件建立28个钻孔金矿矿体模型，并进行储量计算等基本分析[6]。 1.4.2 研究的意义

本文意在使用一种已在国内外矿山有成熟应用的三维可视化矿业软件系统，结合28个钻孔金矿的实际需求，通过深入分析研究软件的原理和功能，熟练掌握其建立三维矿山模型的方法，在此基础上建立金矿矿体三维模型。它可以非常快捷、方便地给地质学领域的工作人员提供大量可靠的地质信息，将地质工作者从繁重的地质信息获取和地质解释手工劳动中解放出来。

三维数字化计算机软件的应用有助于实现矿山行业的数字化、信息化管理,为矿山生产做出更加科学的决策提供了一种便捷工具。另外，本论文对提高我国矿山技术管理水平、提高矿山经济效益以及开发我国自主的矿业软件，也具有一定的意义[7]。

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1.5研究的内容及思路

1.5.1 研究的内容

1、收集整理金矿数据资料，编辑成Surpac可应用的数据格式。 2、录入钻孔数据，建立金矿地质数据库。

3、分析实体模型的数据结构，根据建模的基本方法和数据特征，探讨建立合理、准确的实体模型。

4、在金矿实体模型的基础上，研究和建立矿体的块模型，分析块模型的数据结构，继而通过模型的属性编辑和赋值功能建立品位模型。

5、将矿体的体积、储量、及相关品位信息输出报告。 1.5.2 研究的思路

根据研究的内容，对其生成矿体模型及品位组合的研究思路如图1.1所示。

钻孔、岩性、化验、样品数据 编辑为surpac数据库可接受的数据文件 导入到surpac数据库中，生成 输出图件、分析、提取数据 在三维空间解译地质剖面 组合样品、分析样品点的分布规律 图1.1 研究思路图

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第二章 Surpac软件的功能

Supac Vision 是一个大型软件平台，软件系统采用模块化集成。系统可控制项目运行周期的每一个阶段且保持各级数据库结构及数据的连续性、安全性。从项目初期的经济技术评估、前期勘探中数据的采集与分析、地面与地下结构的设计、施工管理与施工安全监测、工程运行计划与日常报表直至项目完成后的环境保护等。Surpac Vision 以其独创的数据库技术、功能强大的三维可视化图形工具、最新的网络技术以及基于JAVA 的图形用户界面等特点服务于资源开发项目的每一个环节。Surpac Vision 包含数十个可选的功能模块，涵盖一般资源项目的各个环节。主要有：软件体系结构模块、JAVA 程序模块、钻孔数据库管理模块、图形用户界面模块、宏功能模块、绘图及可视化仿真模块、测量模块、地质统计学模块、矿产等级控制模块、结构设计模块等[8]。

2.1 Surpac软件的特点

1、独特的客户服务器体系结构

Surpac Vision 的客户服务器体系结构，将软件系统的核心模块如数据处理、中央数据库等驻留在服务器上，而图形用户界面、绘图及三维图形显示系统则驻留在客户端。这一技术更好地利用了网络( 指项目局域网) 资源，将复杂的数据处理和数据库管理任务置于性能更好、计算速度更快的服务器，计算结果的图形显示则由客户终端完成。

2、采用最新的Internet技术和Internet浏览技术

基于JAVA 语言的软件平台，局域网内每一个用户可以相互访问、交流，也可以进行“ 多对一”的访问，这就使得远程技术咨询或技术援助成为可能。技术人员、管理人员的这种适时快捷的交流，会极大地提高工作效率。

Surpac Vision利用了网络最新技术同时结合本身体系结构特点，其意义在于：它为多用户铺就了一条从不同地点通过Internet 或Internet 访问单个用户的通道，这将有效地促进技术交流合作，特别是当终端用户需要外地技术专家的协助时，尤其如此。

3、数据共享与数据安全

许多矿山选择使用Surpac系统, 一个主要原因是该系统可以由系统分析人员参照技术规范定制标准化样式的数据库, 从而提高采矿场内的工作效率, 比如数据共享更加流畅, 中央数据库的集成,全套建模和设计工具的使用更加方便, 因为在项目周期的每

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一阶段、在企业内部的不同部门, 均采用统一的数据格式。Surpac Vision的这种独特技术的优点在于: 使数据共享, 无须格式转换, 更加顺畅、利于数据库分级授权, 确保数据安全。

4、交互式的图形用户界面

Surpac Vision 具有良好的全Windows 风格用户界面。具有下拉式菜单、弹出式工具拦、数据拖放功能、数据库直接访问等特点。与众不同的是，Surpac Vision 核心程序采用C/C+ + 语言编写，用户界面则采用JAVA 和TCL语言。用JAVA 语言编写的用户界面具有最好的网络文件浏览器特征( 本地驱动器和网络驱动器)。TCL 语言以易学易用著称, 用户可以添加功能菜单和工具栏，菜单结构和界面样式可以依用户习惯修改定制。缺省安装的用户界面简单易学，容易熟悉。在线帮助功能方便灵活。

5、简单易用可编译的宏语言功能

一整套复杂的宏语言，构成了Surpac 系统的支柱和基石。通过界面工具条可以实现宏记录、宏播放等操作；激活宏将记录用户的所有操作指令，并可以文本方式编辑和重组指令序列以提高功效；运用TCL 脚本语言开发的宏工具，可以生成满足用户专门需求的功能模块；Surpac 将这些功能模块轻松地整合到用户界面的菜单体系中方便调用。

6、强大的绘图及三维图形可视化仿真技术

Surpac Vision 拥有功能强大的图形绘制显示模块；将工程设计、模型建立、数据库建构等完全图形化。包括了一整套三维立体的和块体的建模工具。通过激活自动绘图功能可以任意地在图形中创建图形，这种功能允许用户从有效的标题块中进行选择，并确定尺寸和栅格，图形可以三维方式产生，也可以从旋转的二维图形中得到。通过按住鼠标按钮并在屏拖动，就可以将图形在空间和平面上旋转，三维格栅和坐标轴也随之转动，用户可以直观地感知了解图形变化的方向。

三维图形可视化仿真技术是Supac Vision 系统最具吸引力的功能。灯光投影技术、数据插值拟合技术、单元剖分和消隐技术等，让用户以最佳效果来观察由于数据分个的差异模型内外的变化趋势。

7、测量软件包

地面地形地物测量、地下开挖及结构控制测量、施工及运行监测等，Surpac Vision 系统利用测量数据库存储和管理这些数据。测量数据库支持多种数据输入方式，与本系统其它数据库一样，测量数据库支持开放式数据库连接( ODBC) 。不同专业的工程技术人

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员可以直接连接到这些基本数据库，并可根据授权级别对关联数据库进行数据处理或编辑、修改、添加等[9]。

另外，还有可用来计算矿藏量、开挖方量和矿产品位等级的地质统计学( Geostat ist ics) 模块；可用于一般地下结构和环形结构的设计模块等。

2.2 Surpac软件的功能

在启动Surpac软件之后，可以看到整个Surpac的界面，左边的文件导航器中还会有一些数据文件。

Surpac用户界面由10个部分组成：菜单、工具栏、文件导航器、预览窗口、图例面板、图形工作区、属性面板、图层面板、状态栏、消息窗口。

Surpac软件有着出色的3D图形功能、良好的图形用户界面、功能强大的图形绘制显示模块以及基于网络的客户服务器结构, 适合于在地质、测量、采矿等相关行业推广应用。主要功能有以下几种：实体模型、测量、块体建模、爆破设计、露天采矿设计、中深孔爆破设计等[10]。

实体模型：实体模型,通常也叫外框图,是一种通用的技术定义,广泛应用在地层带、矿体、煤层、采场设计中。实体模型中包括创建三角网、编辑体、编辑三角网、编辑三角形、显示、有效性验证、实体工具。图2.1为创建实体模型图框。

图2.1实体模型图框

测量：Surpac的测量部分主要应用在露天矿在剥离、采矿工作中，能及时地测量采、剥工作面的位置，验收采剥工作面规格质量，计算岩土的剥离量和矿物的采出量等测量

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工作。 Surpac软件界面下的测量图框包括测量数据库、测站、测量仪器、露天测量、井下测量、测站误差、报表，如图2.2所示。

图2.2测量图框

块体建模：块体模型是与地质统计学相结合，是应用数学方法对品位分布进行建模，由于品位分布是在资源中受地质因素控制而明显存在的，从而形成一定约束条件下的品位模型。块体模型的精度取决于块体模型的结构和属性。在资源储量估算中，利用块体模型可以准确地进行资源量和品级报告。块体模型图框包括以下几种功能：块体模型、属性、约束、显示、剖面等。如图2.3所示。

图2.3块体模型图框

爆破设计：爆破设计是应用计算机对爆破区矿岩可爆性差异进行自动优化爆破设计，运用合理的爆破参数计算出合适的装药量，对岩体进行爆破。其界面包括设计爆破

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模式、创建爆破数据库、沿直线的预裂孔设计、沿线段的预裂孔设计等如图2.4所示。

图2.4爆破设计图框

露天采矿设计：露天采矿界面是指露天矿开采终了时所形成的采场空间边界。它由露天采场的地表界面、底部界面和周围边坡组成。露天采矿设计就是要合理的确定露天矿的底部边界、最终边坡和开采深度。怎么控制和编辑线获得满足开采要求和设计要求的最终境界线文件，并根据这些线文件形成最终境界模型。提供了开采量，矿石量，剥采比等重要参数的计算和报告方法。界面包括露天采场设计、设计坡面角、创建公路、露天境界边坡后推等如图2.5所示。

图2.5露天采场设计图框

中深孔爆破设计：中深孔爆破设计是指在地下矿山采矿活动中为了落矿而在巷道中设计爆破的扇形炮孔。其界面包括开始中深孔爆破设计、编辑采场/掘进巷道、保存采场和巷道剖面文件、调入炮孔等。其界面如图2.6所示。

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图2.6中深孔爆破设计图框

2.3 Surpac的数据类型

Surpac的数据类型很多其中包括以下几种常用的数据类型。

线文件：一个线文件中包含一系列三维坐标点，以及相应的一些属性。

DTM：数字地形模型文件（DTM）是由.str线文件生成的，能够表示面与实体。一个DTM面是由一组三角形形成的面，用来表示地面或露天坑。一个实体是由一组三角形形成的空间的体，用来表示矿体或巷道。

地质数据库：钻孔数据库文件（DDB）用来关联关系型钻孔数据库。这是一个文本文件，用来告诉Surpac从数据库读取哪些表和字段。

测量数据库：测量数据库文件（SDB）用来关联关系型测量数据库。这是一个文本文件，用来告诉Surpac从数据库读取哪些表和字段。

块体模型：块体模型是一种空间数据库，并且能够通过点和间隔型数据比如钻孔样品数据来建模。由稀疏的钻孔数据估计三维实体的体积、吨位、和平均品位。

绘图文件：从绘图模块输出的是dwf格式的绘图文件。您可以在Surpac绘图窗口中打开并编辑它们，或者发送绘图设备如绘图仪打印出图。

风格文件：Surpac的风格文件，包含线和DTM的绘制风格，颜色设置，以及默认的Surpac设置。

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2.4 Surpac软件与GIS 软件的区别

地理信息系统( GIS) 是以采集、存储、管理、分析和描述整个或部分地球表面( 包括大气层) 的与空间和地理分布有关的数据的空间信息系统。GIS 的基本功能可以概括为：

1、准备：数据搜集、数字化、编辑；

2、分析：检验数据，产生新数据，即产生信息；

3、管理：永久性的文字、数字式数据、地理数据的管理； 4、显示：各种图形、报告、报表的输出或屏幕显示。

三维可视化矿山工程软件Surpac Vision不仅具有通用GIS 软件的基本功能，可以采集、存储、管理、分析和描述三维空间数据信息，而且还拥有许多针对矿山开采设计的实用性强的特殊功能，如钻孔和炮眼设计、矿坑设计、地下开采设计等功能模块。这些功能模块都是根据实际用户的需要，结合专业特点设计的，在矿山开采和工程设计中发挥更大的作用，更加易于为专业人士所接受。SSI公司将Surpac Vision 定位为矿山工程软件，而不是通用GIS 软件，就是基于专业人士的需要而设计的。最新的用户调查表明，Surpac Vision的用户主要是工程师、地质学家和测量专家，三者比例大致相当。

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第三章 数字矿山建模的理论与方法

数字矿山是真实矿山整体及其生产经营过程的全面数字化、信息化和可视化，是存储于计算机网络上的、能供多用户访问和应用的一种虚拟矿山。数字矿山作为数字地球、数字中国的一个重要组成部分，也在中国的采矿业中发挥着越来越大的作用。三维空间数据模型是数字矿山研究的一个热点，也是复杂地质体和矿山三维地质建模的关键。三维空间数据模型是数字矿山及其应用的研究基础，它研究地球三维地理空间中的地下内容，包括地层、土质、岩石、地下水、石油、矿藏等为对象，对这些对象相应在三维地理空间上采用适当的三维空间数据模型，以便充分利用此来促进和改进矿藏开采、减灾防灾等“数字矿山”各领域的深入发展与应用。

3.1 数字矿山研究意义

我国是一个采矿大国近年来由于市场竞争资金投入资源浪费和环境压力等原因，中国矿山企业在经济上和生产管理方面陷入困境，一些诸如矿山塌冒、瓦斯爆炸等矿山事故频频发生，许多矿工也因此丧失了宝贵的生命。为了应对当前的面临的困境和响应党中央的“坚持以人为本，努力构建社会主义和谐社会”的口号，中国矿山企业只有抓住矿山信息化的机遇，积极面对挑战，果断地开展数字矿山(DigiatlMine，简称DM)建设，从而推动采矿企业的技术发展与创新，进而合理协调矿产资源开发与环境及资源保护之间和矿山生产与矿山安全管理之间的矛盾，积极地改善矿山安全生产的状况，建立科学、合理、高效、低污染、安全的矿业生产新局面。实施数字矿山战略是矿山企业在经济上走出困境，在安全生产上坚持“以人为本”，走可持续发展之路的必须与大势所趋。通过数字矿山建设至少可以在以下几个方面给矿山企业带来好处：

1、拓展矿山企业的生存与发展空间； 2、促进矿山企业组织结构的优化；

3、加强矿山的安全管理，积极的预防矿难事故；

4、降低决策的风险性，提高企业快速反应能力。从而使矿山企业在现代企业竞争中取胜，并更好地与矿区资源、环境和社会经济发展相协调，使矿山逐步走向可持续发展道路。

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3.2 数字矿山中研究三维模型的意义

三维空间数据模型是以一定的方式组织起来的，具有足够的抽象性和概括性的，对客观世界中事物及其联系的在三维空间中描述，这种描述包括对数据内容的描述和各类实体数据之间联系的描述，为描述空间数据的组织和设计空间数据库模式提供基本方法。随着数字矿山应用的不断深入，涉及到三维的自然和人为现象也越来越多，传统用二维空间数据结构描述的数据模型，已经不能适应三维空间数据表达和处理的需要，研究三维空间数据模型显得越来越重要。

真实矿山中的自然地质实体与采矿工程实体，都是三维空间实体，并且所有的矿山生产与组织活动均是在真三维地质环境中进行的。因此，真正实用的数字矿山系统，都应是真三维的，它离不开对三维空间数据模型的基础研究。

数字矿山作为一种复杂的三维空间信息系统，不仅能够存储、分析和表达真实矿山中各种空间实体对象的属性信息，而且涉及大量复杂的空间定位特征及可能的拓扑关系的组织和管理。数字矿山的三维空间数据模型则在空间语义和属性语义方面更加完整地模拟和抽象客观矿山空间世界。

因而，数字矿山的三维空间数据模型是联结真实矿山世界和计算机中抽象的矿山世界的桥梁。三维空间数据模型作为数字矿山的核心内容和基础，它不仅反映了真实矿山中三维空间实体及其相互之间的联系，而且为数字矿山中的三维空间数据组织和三维空间数据库模式设计提供基本的概念和方法。

因此，在数字矿山中开展三维空间数据模型的基础研究，是开展数字矿山三维地质模拟的研究以及开发数字矿山软件系统的基础，也是矿山企业进行IT改造及信息化建设，以及提高企业的信息管理水平，增强企业的竞争实力的保障[11]。

3.3 数字矿山三维数据模型的研究现状

三维空间数据模型是开展数字矿山研究的核心内容和基础，也是三维空间信息系统、计算机图形学、虚拟现实以及科学可视化等领域的研究基础。三维空间数据模型的研究从20世纪60年代国外学者提出的块段模型开始，到目前为止，经历了四十多年，国内外学者己经提出了二十多种三维空间数据模型，其中包括TIN、GRID、边界表示模型、CSG、八叉树等模型。

吴立新等(2005)将这些三维空间数据模型归纳为单一构模法、混合构模法和集成构

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模法。其中单一构模法主要指采取单一的面元模型或体元模型表达三维空间实体；混合建模法指采用两种或两种以上的单一模型来对同一三维空间对象进行几何描述和建模；集成建模法是指采用了两种或两种不同模型分别对系统中不同的三维空间对象进行几何描述和三维建模。

王继周等(2003)将现有的三维空间数据模型分为基于栅格结构的数据模型(体结构模型)、基于矢量结构的数据模型(面结构模型)和混合结构数据模型。其中，基于栅格结构的数据模型是二维栅格模型在三维空间的扩展，它将三维空间划分为一系列连通但不重叠的几何体素；基于矢量的数据模型以物体边界为基础定义和描述空间实体；混合结构数据模型是为了集成栅格模型和矢量模型的优点，将两种或两种以上的数据模型加以综合，形成具有一体化结构的模型。其中，与基于面向对象的集成三维空间数据模型近似或相关的研究工作主要有：

Smino.H.(1994)采用体元的集合来表达任意一个三维空间地质实体。体元时构成实体基本单元，它由定义在局部坐标系下的前、中、后三个剖面上的实体轮廓线对应连接而成。这种建模方法使得体元与任意平面及体元之间的相交变得简单，但依赖于人工交互，难以进行空间分析。

Cherry.T. A.etal.(1996)先以六棱柱体段对井孔和隧道进行建模，然后按Delunaya法则四面体化嵌入到底层四面体格网中，从而实现一体化建模。

龚健雅等(1997)以矿山为研究背景提出了一种矢栅集成模型，该模型将空间对象定义0维到3维及复杂对象，并将数字表面模型、像元和体元、柱状实体等引入到模型中处理复杂三维空间问题。该集成模型在实际应用中根据不同的需求选择不同的数据模型或结构对空间对象进行表达。程朋根等(2001)以地勘工程的各种三维空间对象为研究背景，提出适合地勘工程的矢栅集成数据模型，其实质是对上诉模型的集成和发展，该建模方法以复杂体、体、面、线、点对象之间的逻辑关系来建立空间对象之间的拓扑关系。

侯恩科(2002)提出了适用于三维地质模拟的集成数据模型，该模型中涉及多种空间对象类，所包括的数据模型主要有孤立点、钻孔、地质图纸、GRID、TIN、线框、不规则体元、三维规则块体、八叉树、四面体模型等。该集成数据模型对各种地质数据和现象描述比较全面，能够满足大部分地质模拟任务；但由于涉及模型较多，距实际应用还有一定距离。

李清泉等(2003)根据对三维空间数据目标类型的分析，提出了一个矢量栅格集成的三维空间数据模型。该集成模型的栅格模型中包括四叉树和八叉树，在矢量模型中包括

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TIN、TNE、Grid、CSG和B—rep。在实际应用中，根据不同的应用需求选择一个或多个合适的数据模型对目标进行描述，从而实现对目标的几何和拓扑的完整表示。

陈学习(2005)通过对GTP模型进行扩展与修正，提出基于扩展GTP的地质体与开挖体三维集成数据模型。该模型在地学层面上将地下三维空间的地质体和开挖体从地质元素上划分为点状实体、线状实体、面状实体和体状实体，其中体状实体又进一步分为简单体、复杂体和复合体三类；在几何层面上，抽象出结点、边、弧、三角形、超面、GTP、四面体和超体八类；在拓扑层面上，由几何层面抽象出的八类几何元素、采用面向对象的方法，通过构模元素之间的拓扑关系实现对地下三维空间的点、线、面、体的拓扑描述。该模型考虑到了开挖体模型与地质体模型之间的相互联系，能够较好的从地学、几何和拓扑等不同的层次对地质体和开挖体进行抽象和表达。

以上的三维空间数据模型都是针对特定的研究对象所建立的三维空间数据模型，在应用的过程中具有一定的局限性，虽然它们己经初步的涉及到了面向对象的概念，但是它们最终没有完全采用面向对象的方法来建立三维空间数据模型，因此也就无法充分利用到面向对象的方法诸如集成、多态、易于扩展等优点[12]。

3.4 数字矿山建模的理论

数字矿山中空间数据模型是对真实矿山的抽象，它是由一系列支持矿山空间实体显示、查询、编辑和分析的数据对象组成的。按照王家耀(2001)的地理抽象层次模式，空间数据模型是数字矿山系统抽象的中间层，即逻辑数据模型，称之为数字矿山的空间数据模型。

数字矿山的空间数据模型是关于真实矿山中空间实体及其相互间联系的概念，是建立在对真实矿山空间的充分认识与完整抽象的矿山空间认知模型(或概念模型)的基础上，并用计算机能够识别和处理的形式化语言来定义和描述真实矿山空间实体、空间地理现象及其相互关系，是真实矿山到数字矿山的直接映射。它为描述矿山空间数据的组织和设计矿山空间数据库模式提供着基本方法，是数字矿山空间数据模型的基础。因此，对数字矿山空间数据模型的认识和研究在设计数字矿山空间数据库和发展新一代数字矿山系统的过程中起着举足轻重的作用。

数字矿山的空间数据模型的发展是与数据库技术的发展密切相关的。第一代层次与网状数据库带动了层次模型和网络数据模型的发展；第二代关系数据库带动了关系型数据模型的发展和成熟。而面向对象的数据模型技术对数据库技术的发展产生了深远影

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响，成为第三代数据库系统的主要标志，进而也促进了数字矿山的面向对象数据模型的发展[13]。

一般而言，空间数据模型由概念数据模型、逻辑数据模型和物理数据模型三个有机联系的层次所组成。其中概念数据模型是关于实体及实体间联系的抽象概念集，逻辑数据模型是表达概念数据模型中数据实体(或记录)及其间关系，而物理数据模型则是描述数据在计算机中的物理组织、存储路径和数据库结构。

1、空间概念数据模型

由于职业、专业等的不同，人们所关心的问题、研究对象、期望的结果等方面存在着差异，因而对现实世界的描述和抽象也是不同的，形成了不同的用户视图，称之为外模式。数字矿山中空间数据模型的概念模型是考虑用户需求的共性，用统一的语言描述和综合、集成各用户视图。

2、空间逻辑数据模型

逻辑数据模型是根据前述的概念数据模型确定的空间数据库信息内容(空间实体及相互关系)，具体地表达数据项、一记录等之间的关系，因而可以有若干不同的实现方法。一般来说，可将空间逻辑数据模型分为采用结构化模型和面向操作的模型两大类。

3、物理数据模型

逻辑数据模型并不涉及最底层的物理实现细节，但计算机处理的是二进制数据，必须将逻辑数据模型转换为物理数据模型，即要设计空间数据的物理组织、空间存取方法、数据库总体存储结构等。

3.5 数字矿山建模的方法

三维空间数据模型是数字矿山研究的核心和基础，从六十年代初到现在，国内外的学者共提出了20多种三维空间数据模型。可以归纳为单一模型、混合模型和集成模型的三大类[14]。

1、单一模型

单一模型是指采用单一的面元模型或体元模型来表达三维空间实体。 (1)面元模型

基于面元模型的建模方法主要侧重于三维空间实体的表面表示，如地形表面、地质层面、构筑物(建筑物)及地下工程的轮廓与空间框架。所模拟的表面可能是封闭的，也可使非封闭的。

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(2)体元模型

基于体元(Voxe1S)模型的构模方法是指将三维连续空间离散化，以一系列连通但不重叠的体元组成。体元模型是基于三维空间的体元分割和真三维实体表达，体元的属性可以独立描述和存储，因而可以进行三维空间操作和分析。体元模型可以按体元的面数分为四面体(Tetarlldearl)、六面体(HXehaedral)、棱柱体(prismatic)和多面体(polyhedral)共4种类型，也可以根据体元的规整性分为规则体元和非规则体元两个大类。

2、混合模型

混合模型是指采用两种或两种以上的表面或体元模型同时对同一三维空间对象进行几何描述和三维建模。典型的有Ocrtee与TNE、B—rep与CSG、TIN与Sections、Wire Frame与Block、B—rep即与TEN等混合模型。

3、集成模型

集成模型是指采用两种或两种以上的不同模型分别对系统中的不同三维空间对象进行几何描述和三维建模。代表性的集成模型有TIN与CSG、TIN与Ocrtee和TIN与GTP，此外还有面向对象的矢栅集成，用于三维地质模型的集成方法等。

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第四章 地质数据库的研究与建立

4.1地质数据库简介

Surpac数据库模块能够在保持数据相联系的前提下，生成具有最小数据冗余的数据库。Surpac软件要求的最基础的数据资料就是钻孔的柱状图所包含的信息，要求输入到Surpac中的信息有钻孔位置、钻孔编号、钻进方向、方位、倾角、岩性、长度、取样结果、品位分布情况等。地质数据库中汇集了所有必要的地质信息，包括钻孔表、测量表和转换表这三个基础数据表，这些信息是以图和表相互结合的形式来描述的。具体的数据信息可分为以下四类:

1、钻孔的孔口信息:包括钻孔代号、孔口坐标(X，Y，Z三维空间坐标)、剖面位置、孔深。

2、钻孔的测斜信息:包括测点位置、测点方位、倾角等信息。

3、岩性信息:包括岩层、岩性及相应的代码和文字描述、岩层的起点、终点、矿化带状况、柱状岩性符号、图片、照片等信息。

4、取样信息:岩芯采取率、取样位置、取样品位、取样结果等信息。

Surpac吸收了多用户的开放数据库技术(ODBC)的优势，因此Surpac地质数据库能够直接与许多流行的数据库相连接，可用诸如Access，QLserver，oracle等任何一种方式来存储和管理地质信息。Surpac软件的数据库的结构和各表之间的关系以关系型数据库结构为基础[15]。

4.2地质数据库的建立

建立地质数据库和三维地形模型，收集必要的数据资料，是使用Surpac软件进行金属矿山开采设计的首要工作。

根据建立地质数据库的内容要求，对采集的数据进行了如下整理:1、从工程测量成果表中提取了28个钻孔的钻孔名、Y坐标、X坐标和Z标高；2、从钻孔柱状图中提取了28个钻孔的钻孔名、据孔口距离、倾角、方位角、样品段起点、样品段终点、岩石类型和孔深；3、从7个勘探线分析结果表中提取了个钻孔的钻孔名、样品段起点、样品段终点、au品位。

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根据收集的资料建立金矿地质数据库，其步骤如图4.1。

分析要创建的数据库表 创建数据库框架 数据库 将数据从excel或txt

数据库定义文件

Surpac的图形显示 图4.1 建立地质数据库步骤图

编辑 查看数据库 分析 提取

分析要创建的数据库表和字段：数据库的基本要素为“表”和“字段”。一个数据库由若干表组成，每个表中包含若干字段，各字段有对应的数据格式。这些表和字段都要与实际数据库相匹配。

创建数据库框架：分析完已有的地质数据及Surpac的数据库格式，创建一个数据库结构，即数据库中包含哪些表及哪些字段。

导入数据：将数据自.txt或.csv的格式，导入到数据库中。

数据库：存放数据的地方，地质数据存放在数据库软件中，如 Access，Oracel，Paradox，Foxpro以及所有的ODBC数据源，Surpac依靠数据库定义文件负责访问、管理这些数据。

数据库定义文件：通过此定义文件，建立了后台数据库和Surpac的桥梁，Surpac通过其强大的数据引擎，来访问‘编辑、显示数据库。

Surpac图形显示系统：一旦我们建立了地质数据库，就可以在三维空间显示地质工程，如钻孔孔迹线、岩性及描述、品味值、坑道取样轨迹、断层等，在三维空间了解地质现象。

编辑、查看数据库：在Surpac端，可以直接查看、编辑、追加数据，对数据库进行

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管理，对数据进行批量处理等。

分析、提取数据：提取各类信息，包括钻孔柱状图、剖面图，组合样、地质统计等。 4.2.1 数据表的创建

对数据处理后，创建名为“地质数据库”的数据库文件，并在库中设计4个数据表。 Collar表、Survey表、Sample表和Geology表，分别记录的矿区28个钻孔的孔口置、深度、测斜、岩性和铝金属品位分布情况等数据信息。具体如下：

1、Collar表(钻孔定位表):钻孔的基础数据包括钻孔名、开孔位置等。本文中所建 立的Collar表的数据结构见表4.1。

表4.1 Collar表的数据结构

Hole_id Y X Z Max depth Hole path 钻孔编号 北坐标 东坐标 标高 最大孔深 孔迹类型 表中字段说明:

Holeid:孔号，原则上应该用钻孔的实际名称，以便区分。

y、x、z：孔口坐标。Surpac采用的是西方的矿业标准，即北方向用字母“Y”。东方向用字母“X”。

Max path：钻孔的最大孔深。

Hole path：钻孔的孔迹类型，也就是Surpac在摘取钻孔数据的时候用到的数学法则，用来表明钻孔的轨迹性质。“vertical”表示钻孔为垂直钻孔，Surpac用垂直直线来显示此钻孔的轨迹；“Linear”表示钻孔有分段测斜，Surpac用分段直线来显示此钻孔的轨迹；“curved”表示钻孔有分段测斜，Surpac用圆滑曲线来显示此钻孔的轨迹。

此外，还有一些可选数据也可存储在Collar表中。例如钻井施工时间、类型或者项目名称，都可以存储在数据库中，进一步处理和报告的时候，可以选择这些信息数据进行处理。本研究中没有添加这些可选数据。

2、Survey表(钻孔测斜表)：钻孔的测斜数据用来控制钻孔的钻进方向，基本的字段 包括，钻孔测量深度，钻孔的方位角和倾角等。所建立 Survey表的数据结构见表4.2。

表4.2 Survey表的数据结构

Hole_id Depth Dip Azimuth

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钻孔编号 测斜深度 倾角 方位角

表中字段说明：

Depth：每次测斜时的深度。

Dip：每次测斜时钻孔的倾角，也就是钻探方向与水平面之间的夹角，仰角为正(上向孔)，俯角为负(下向孔)。

Asimuth：每次测斜时的方位角。对于没有测量过的垂直钻孔，测量表的深度值就是钻孔表中的深度值，方位角为0度。

3、Sample表(样品表)：样品表主要用来记录矿体被钻孔揭露部位所取样品的金属元素含量(品位)，它可以包含多个组分，也可以是所取样品的体重、硬度等数据。本文主要关注的是矿体中金元素的品位分布情况。所建立的Sample表的数据结构见表4.3。

表4.3 Survey表的数据结构

Hold id Sample id Depth from Depth to Value au 钻孔编号 采样编号 从?高度 到?高度 金的品位值 4、Geology(地质表)

地质表主要用来记录矿体被钻孔揭露部位的岩性特征，所建立的Geology表的数据结构见表4.4。

表4.4 Geology表的数据结构

Hole id Sample id Depth From Depth To Rock_Type

钻孔编号 采样编号 从?高度 到?高度 岩性 以上4个数据表之间表面上看是相互独立的，但每个表都有“钻孔编号”字段，通过它，表与表之间建立了链接关系，信息之间有了关联。因此，Surpac支持用户通过使用某个“公用字段”来创建包含多张数据表的“关系数据库”。显然，此类数据库的组织方式拥有以下优点

1、数据清晰，各个表的结构单一；

2、将钻孔定位、测量、编录、取样工作有效分开，符合矿山的实际工作流程和分工；

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3、数据冗余达到最小程度；

4、符合关系型数据库格式，可以轻松将数据存储于各种常用的数据库产品中， 方便地进行数据管理。图4.2为四个数据表的形式

钻孔表 （collar） 测斜表（survey）

孔号 X Y Z 最大深度 孔迹类型 孔号 测斜深度 倾角 方位角 剖面号 化验表（sample）

岩性表（geology）

图4.2 数据表的形式

孔号 样品编号 深度自 深度至 样品品味 孔号 深度自 深度至 岩性 4.3地质数据的录入与管理

上述数据库和表是仅有结构的空数据库，还需要向其中录入数据。Surpac软件提供了在数据库环境“直接输入”和“导入数据”(Import)两种方式，鉴于数据量巨大(有上千条数据)，故采用“导入数据”方式。本文中用到的钻孔数据信息是先录入到Excel工作表中，然后导入到新建的“地质数据库”中。在将数据文件导入至数据表的过程中，Surpac系统具有自动差错功能，对于错误或重复的数据，系统不将其导入，并产生错误报告，非常方便。最终，Collar表中录入28条数据记录，Survey表中录入44条数据记录，Geology表中录入112条数据记录，Sample表中录入862条数据记录。录入的 据能够在Surpac中随时浏览，如下图所示。

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图4.3 开孔坐标

该地质数据与Surpac地质数据库的对应关系如下表示。

表4.5

开孔坐标 数据库中强制表Collar 注释

孔号 hole_id 钻孔的编号，不能重复 Y y 孔口的北坐标 X x 孔口的东坐标 Z z 孔口的标高 最大孔深 max_depth 终孔深度 孔迹线类型 Hole_path 见说明 钻机类型 钻机类型（需手动添加） 钻机类型

说明：

1、前六项均为强制字段，软件自动创建。只需手工添加钻机类型这一选项字段。 2、孔迹线类型：Curveyd

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图4.4 部分测斜数据

该地质数据与Surpac地质数据库的对应关系如下表示。

表4.6

测斜数据 数据库中强制表Survey 注释

孔号 hole_id 钻孔的编号 测斜深度 depth 测斜深度

倾角 dip 该深度至下点的倾角 方位角 azimuth 该深度至下点的方位角 说明：

1.倾角：向上为正，向下为负

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图4.5部分岩性数据

该地质数据与Surpac地质数据库的对应关系如下表示。

表4.7

岩性数据 数据库中选项表（需手工创建） 注释

孔号 hole_id 钻孔的编号 样号 Sample_id 样号可以为空 深度自 depth_from 深度至 depth_to 岩性代号岩性 （需手工添加） 岩性代号可用中文

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图4.6部分化验数据

该地质数据与Surpac地质数据库的对应关系如下表示。

表4.8

化验数据 数据库中选项表（需手工创建） 注释

孔号 hole_id 钻孔的编号 样号 sample_id 样号，可以为空 深度自 depth_from 深度至 depth_to

Au Au(需手工添加) 化验的Au品位

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第五章 实体模型的研究与创建

地质体的形态复杂多变，很难用规则的几何体来描述，需要一种灵活、简便、快速的方法来建立地质体的不规则几何模型。形象直观地描绘地质体(矿体、岩体、地质构造等)的形态和边界特性是三维矿业软件最主要的特点。利用实体模型建立地质体的几何模型可满足这种要求，可以快速构造形态比较复杂物体或自然体的几何模型，这种几何模型不仅可以比较精确地描述形态复杂多变的地质体，而且还可以对其进行体积计算、表面积计算、表面渲染、切制任意方向的剖面或平面等，能满足矿山设计、生产中地质制图的基本要求[16]。

5.1实体模型简介

实体模型, 通常也叫外框图, 是一种通用的技术定义, 广泛应用在地层带、矿体、煤层、采场设计中。 在三维地质建模中, 一般包括地层实体模型、矿体模型和岩体模型等。 实体模型一般通过一组或多组剖面多边形联结来定义一个实体或空心体, 借鉴不规则三角网( TIN) 表达复杂地貌、地层曲面的灵活性, 一般实体模型是利用轮廓线重构面技术构建的一个封闭三角网, 即由剖面上的实体截面形态来构建三维实体表面, 所产生的形体可用于可视化、体积计算、在任意方向上产生剖面以及与来自地质数据库的数据求交。其中各剖面的地质解译是准确构建矿体实体模型的关键[17]。

地质解译是以岩性或钻孔分析样品等控制特征为条件, 将地质信息进行离散化, 从而确定地质、矿体边界和相关特征描述。地质解译是综合运用地学知识, 从已有数据知识挖掘的过程。 对于矿体模型,需要联系地质地层、构造及岩体有关知识和工程揭露情况等, 对地层产状、地质构造进行推测分析, 对钻孔数据进行比较, 圈定剖面内矿体的形态、厚度和位置。地质解译结束后, 将勘探区的所有勘探线剖面放置到三维空间, 根据具体矿床的特点, 参照地层模型和岩体模型, 分析断层构造特点, 利用轮廓线重构面技术在相邻勘探线之间用三角网连接三维矿体表面；在矿体的两段封闭起来, 就形成了矿体的实体。 通过矿体实体模型, 可以形象直观地了解矿山矿体的产状、几何形态和空间分布, 研究矿体与围岩、地层、构造的关系和矿体形成的规律, 进而对邻近区域作出比较准确的预测, 也为资源储量估算约束了体的范围[18]。

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5.2钻孔风格的设置及显示

钻孔风格的设置及显示是为了在三维空间显示钻孔时，能将样柱的品位信息同钻孔显示出来，更好的区分矿与非矿，是圈定矿体的准备工作。 5.2.1 钻孔风格的设计

地质数据库建立起来，我们就可以利用Surpac强大的图形显示系统，在三维空间显示地质数据，包括钻孔的轨迹线，品位值、岩性及代码、岩层走向等，总之，几乎所有的地质信息都可以以字符、图表的形式显出来。在三维空间了解、分析地质现象。显示钻孔时, 一般需要做一些准备工作, Surpac软件也提供设置钻孔显示风格功能。即沿着钻孔的方向, 对不同的岩性着不同的颜色、不同的品位区间显示不同的风格, 方便下一步的地质解译工作。此外, 需要及时检查钻孔数据, 虽然Surpac软件在钻孔数据建库的过程中完成了大部分的数据关联检验, 但像样长的异常, 钻孔的错位等错误有时仍然存在, 我们在三维空间中直观检查比在繁多数据表列中容易得多。

运行菜单：数据库—显示—钻孔风格 得到一个编辑数据库显示风格的界面，在岩性表处，点击右键，获取字段代码，将不同的岩性设置为不同的颜色。 各岩性颜色设置如表5.1：

表5.1各岩性颜色

QVB QV1 QV2 VOL Periwinkle red plum blue

在化验表处点击右键，获取最小—最大范围，以不同的范围区间设置不同的颜色，区间的确定要参考对应项目的工业指标，比如边界品位、块段品位、矿区品位等指标。 各区颜色设置如表5.2

表5.2 各区颜色

-99 — 0 0 — 1 1 — 3 3—5 5 — 99 Periwinkle green pink red plum 执行，则对于不同的岩性和品位，会显示不同的颜色。

Surpac数据库中，对于钻孔的显示有多种效果，比如钻孔根据品位的不同以圆柱体的方式显示孔迹线，将孔号和终孔深度等孔口表中的信息显示到钻孔上，在孔迹线左侧

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显示岩性图案，标注任意数据库中的数据等。 5.2.2 显示钻孔

Surpac系统在地质数据库应用方面提供了诸多强大的功能，存储在Surpac数据库中的坐标、高程、岩性、样品等数据信息，都可以显示和查询。通过Surpac软件，用户可以快速浏览所有钻孔的三维分布位置和图示，如图5.1所示。在三维显示状态下，用户可以随意地旋转、缩放，所生成的钻孔图形中，还能显示出某个或多个钻孔的地质岩性、品位、轨迹和深度等信息如图5.2所示。

图5.1 钻孔的空间分布

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图5.2 钻孔采样品位分布情况

5.3实体模型的创建

本文采用了三维线串法来构造金矿矿体的实体模型，其流程可分为三步：绘制线串以圈定矿体，连接线串以连接矿体，自定义矿体属性。 5.3.1 圈定矿体

剖面解译，也就是在勘探线剖面上圈定矿体，是在Surpac中建立实体模型基础。地质解译工作不能随意，应该参照不同的矿床的工业指标和解译方式。绘制代表矿体边界的线串，实质上是对地质信息的解释过程，在剖面图上圈定矿体边界，依据的标准就是揭露这些地质体的探矿工程的取样结果。金矿的钻孔是按照勘探线来布置的，因此，采用的方法是沿着各勘探线，建立一系列剖面，然后在各剖面内圈定矿体的边界，绘制线串文件。qv1矿体的线号定为110号线，qv2矿体定为210号线。

圈定矿体的原则是:

边界品位:>1g/t之间用直线相连；

外推原则:有线外推推工程间距的一半，无线外推推相邻工程间距的四分之一。

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Surpac不支持矿体的自动圈定，所以圈定矿体的工作实际上是凭借对矿体认识程度，依照各勘探线剖面的钻孔采样中金品位分布情况手工圈定出来，矿区共有7条勘探线，需要在三维钻孔视图中沿着各条勘探线，查看各个剖面，并分别圈定每个剖面的矿体区域，保存为“矿体解译线.str”，如图5.3所示 矿体解译线。

图5.3 矿体解译线

5.3.2 连接实体

实体模型是指在构造三维实体过程中，采用一系列三角面(Triangle)描述实体的轮廓或表面而构成的完整实体的面或壳，其实质是由一系列三角面集合构成的实体表面或轮廓，即实体模型是用一系列不重叠的三角形来连接多边形线串(.str文件)中包含的点来定义一个实体或空心体。这些三角形在平面上看可能是重叠的，但实际上在三维空间里是不重叠或相交的，实体模型的三角网可以很彻底地闭合为一个空间结构。

Surpac系统的实体模型与数字化地形图(.dtm文件，Digital Terrain Medel)基于同样的原理。实体模型是一个三维的数据三角网，3DM是用于定义一个表面，例如，一张3DM图就是通过用包裹一个DTM的方式而形成的一种实体形式，用线条描述了通过实体的剖面。其区别：DTM可以是封闭或不封闭的，而3DM必须是封闭的。在构建28个钻孔金矿三维矿山模型的过程中，实体模型的作用不仅在于描述矿体的轮廓，通过它还可以实现以下功能：1、可视化三维显示；2、表面积和体积计算；3、任意方向切取剖面；4、与来自地质数据库的数据相交，即在以后建立块模型、品位模型时，它用于与来自于地质数据库的数据相交，将相交的工程样品数据存储到数据库的一个表中。

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这一步工作的主要内容是把矿区中相邻剖面的线串依次用三角面连接起来，形成由系列三角面围成的复杂曲面，这也就形成了矿体的实体模型。

Surpac软件提供了多种连接线串的方法，根据矿体分布的实际情况，主要应用了以下几种方法:

两个段之间的连接:在两个剖面间连接三角网。在连接过程中，两条预连接的线串上位置相当的点将自动对应连接为三角面。用这种方法时，系统将寻找两个剖面上最近的两点作为起始点，然后自动连接。

一个段内的连接:在一个选定的剖面内，自动完成三角网的连接。如果段之间的三角网已经连好，但实体两端是开放的，要想封闭上，可以使用此方法。

使用控制线的连接:在两个剖面之间手工添加一些控制线，以此定义剖面间的连接方向，进而产生三角网。从一个段至两个段的连接:在一个剖面(母剖面)和两个剖面(子剖面)之间连接三角网。该方法首先需用控制分支线将母剖面一分为二，然后分别与两个子剖面相连接。

在连接矿体主体时引用两段之间的连接，在连接两端时应用相邻段间—结束端。连接后的矿体模型如图5.4所示。

图5.4 矿体模型

通过以上操作步骤该矿的实体模型就完成了，可以根据该实体模型创建块体模型，从而计算该矿的品位分布情况及储量的估算，计算矿体的体积、表面积等。

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第六章 建立矿体品位模型

处理块模型的下一步是在块模型中填充金的品位值，建立金矿矿体的金的品位模型。依照以下步骤进行矿体品位模型的创建：组合样品，生成线串文件—根据品位约束进行地质统计分析—应用距离幂次反比法，对块模型进行赋值—获得矿体金品位模型。详细说明如下

6.1样品的组合

样品组合的目的是将化验表中不等长的样品，组合后代表同样的长度，以作为块体模型估值的数据源，原则是按照全区平均的取样长度在矿体的内部进行组合。

从数据库中提取样品表数据，定义要生成的文件“提取全部样长”放在钻孔中间的位置，执行。然后提前样品表中的字段。如图6.1所示。

图6.1 样品表中的字段

点击执行，得到的一个结果是出现一个提取全部样长的线文件。点击右键编辑查看各列数据代表什么。如图6.2所示

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图6.2提取全部样长数据表 表6.1提取全部样长字段

第一字段 第二字段 第三字段 第四字段 第五字段 第六字段 孔号 depth_from depth_to 金品位 样长 比例 进入数据库，基础统计窗口，点击文件，从线文件导入数据，选择提取全部样长数据因为第五字段是样长，所以选择第五字段。执行后是以宽度的形式表示出来的。选择柱状图进行表示选择长度是20。形成的样品平均长度柱状图如图6.3所示。

图6.3 样品平均长度柱状图

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6.2地质统计分析

由柱状图上显示大部分矿体的长度都是两米，可以通过报告看到相关信息，定义“报告样长” 根据统计报告上显示绝大多数矿体的平均取样长度的均值在两米左右。如图6.4所示。

图6.4统计报告

为了在矿体的内部进行组合，所以创建矿体内部地质带在数据库中新建一个表用来存储相交的结果。定义表的名字为“钻孔与矿体相交表”，执行。对字段名称命名为“相交代码”。打开qv1矿体，对qv1矿体进行分析—钻孔与3DM相交对显示的对话框选择并添加，输入报告文件名“相交报告”。其中表示的是每个钻孔从多少米到多少米与矿体的相交代码 如图6.5所示。

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图6.5钻孔实体相交报告qv1

然后根据勘探工程qv1矿体内进行组合，组合后会在工作目录中看到“根据勘探工程qv1矿体-qv1内.str”打开编辑可以看到相关数据如图6.6所示。

图6.6根据勘探工程组合_qv1内.str数据

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数据查看后可以根据数据库中的基础统计窗口，从线文件中导入数据“根据勘探工程组合_qv1内.str”选择D1字段可以看到品位的分布，其中大部分都在25以下，极少部分很高，这些品位叫特高品位。如图6.7所示。

图6.7 qv1品位分布图

根据图上反应出来的情况需要对特高品位进行处理，首先需要确定特高品位的下限。其中有多种方法，一是平均值的6—8倍；硬性规定；或是类比其他矿山。这里采用硬性规定下限是20。Surpac在处理特高值时采用线串运算功能。打开线文件工具线串运算，选择要运算的线文件“根据勘探工程组合_qv1内.str”。添加选项卡，表达式中添加（iif(d1>20,20,d1)） 如图6.8所示。

图6.8线串运算

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然后打开数据库分析中的基础统计，选择从线文件中导入数据“根据勘探工程组合_qv1内”，可以看到品位的最高值为20。

图6.9 qv1品位分布图

以上线串运算的结果可以作为块体模型估值的数据源，以上是针对qv1矿体的运算，下面是qv2矿体的运算。如图6.10、图6.11、图6.12所示。

图6.10相交报告qv2

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图6.11根据勘探工程组合_qv2内.str数据

图6.12 qv2品位分布图

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图6.13 qv2品位分布图

通过品位分布柱状图，可以很直观的看到品位的分布情况。

地质统计分析结论:统计分析得出金矿样品数据的最大值、最小值和平均值与实际情况相符。结合实际情况，采用“距离幂次反比法”进行块模型的估值，其实质是单元块的品位值修改为离模型质心最近的样品点的品位值，样品的权重是根据距块质心的距离反比得到的。至此金矿三维品位模型就成功构建好了。

6.3对块体模型赋值

根据上述基本统计分析结果可知，金矿区矿体中金品位数据的分布非正态分布，理应采用“指示克立格法”进行块模型估算，但考虑到金矿矿区一直采用传统的剖面法来计算储量，如果采用指示克立格法对块模型进行精确估值。两者之间的差距可能很大。即使估值结果是精确的，但大幅度更改矿山储量数据是不现实的。因此本文最终选择采用“距离幂次反比法”进行块模型的估值。这样的选择主要考虑到两个因素：其一，距离幂次反比法与传统方法相近；其二，距离幂次反比法同时考虑了周围一定距离内的邻近钻孔样品数据。采用距离幂次反比法填充块模型的实质是将单元块的品位值修改为离模型质心最近的样品点的品位值，样品的权重是根据距块质心的距离反比得到的。在Surpac中执行“块体模型”菜单下的“估值”中“距离幂次反比法”命令，输入待估值的块模型“块体模型.mdl”，执行后将弹出数据源定义界面。在弹出的对话框中指定组

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合样线串文件“根据勘探工程组合_qv1内.str”作为数据源，选择用相品位来填充块模型，选择以“椭球体”的方式来搜索数据并设定距离反比幂次为2，描述点数目X，Y，Z都为3，最后添加已创建好的名为“qv1矿体”的约束。完成以上参数设置后，即可开始对块模型进行赋值。由于金的品位值己经被顺利填充到块模型的各个单元块之中，用户可以随时新建图形约束，指定浏览某一个金品位取值范围之内的矿体。

6.4矿区储量的计算

品位模型建成后，就可以进行精确的储量统计。使用Surpac中块体模型菜单下的“报告”功能，可以计算在任意矿段的体积和储量，并自动生成报告，qv1矿体的统计结果如表6.2所示，qv2矿体的统计结果如表6.3所示。

表6.2 qv1矿体的统计结果

Z 估值次数 金品位 体积 吨位 金品位 金品位 90.0 -> 100.0 小计 100.0 -> 110.0

1 -99.0 -> 0.0 小计

2 小计

0.0 -> 1.0 1.0 -> 3.0 3.0 -> 5.0 5.0 -> 999.0

-99.0 -> 0.0 0.0 -> 1.0 1.0 -> 3.0 3.0 -> 5.0 5.0 -> 999.0

0 0 375 63 0 438 0 0 0 63 0 63 500 0 0 2938 22563 12563 38063

0 0 0 938

41

0 0 1050 175 0 1225

0 0 0 175 0 175 1400

0 0 8225 63175 9725 81125

0 0 0 2625

0 0

0 0 2.61 2738.56 3.07 537.43 0 0 2.67 3276 0 0 0 0 0 0 3.55 622.12 0 0 3.55 622.12 2.78 3898.12 0 0 2.74 4.03 11.36 4.78 0 0 0 4.22

0

0

22561.98 254382.6 110488.1 387432.7

0 0 0

11077.1

1 -99.0 -> 0.0 小计

2

0.0 -> 1.0 1.0 -> 3.0 3.0 -> 5.0 5.0 -> 999.0

-99.0 -> 0.0 0.0 -> 1.0 1.0 -> 3.0 3.0 -> 5.0

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小计 110.0 -> 120.0 小计 120.0 -> 130.0 小计 130.0 -> 140.0 小计 140.0 -> 150.0 小计 150.0 -> 160.0

小计 5.0 -> 999.0 125 1063 39125

0 0 63 16063 58188 74313 74313

0 0 1188 13188 62688 77063 77063

0 0 875 14375 50625 65875

0 0 0 0 63 63 65938

0 0 688 6625 23063 30375 30375

0 0

42

350 2975 84100

0 0 175 44975 162925 208075 208075

0 0 3325 36925 175525 215775 215775

0 0 2450 40250 141750 184450

0 0 0 0 175 175 184625

0 0 1925 18550 64575 85050 85050

0 0

7.61 2664.53 4.62 13741.64 4.77 401174.3 0 0 2.42 4.36 7.22 6.6 6.6 0 0 2.59 4.19 7.76 7.07 7.07 0 0 2.68 4.15 7.91 7.02 0 0 0 0 6.22 6.22 7.02 0 0 2.65 4.14 8.23 7.21 7.21 0 0

0

0 423.04 195913.9 1176146 1372483 1372483

0

0

8623.35 154849.2 1361809 1525281 1525281

0

0

6571.18 166962.1 1120736 1294270

0 0 0 0

1088.26 1088.26 1295358

0

0

5092.96 76868.93 531541.7 613503.6 613503.6

0 0

1 -99.0 -> 0.0 小计

0.0 -> 1.0 1.0 -> 3.0 3.0 -> 5.0 5.0 -> 999.0

1 -99.0 -> 0.0 小计

0.0 -> 1.0 1.0 -> 3.0 3.0 -> 5.0 5.0 -> 999.0

1 -99.0 -> 0.0 小计

2 小计

0.0 -> 1.0 1.0 -> 3.0 3.0 -> 5.0 5.0 -> 999.0

-99.0 -> 0.0 0.0 -> 1.0 1.0 -> 3.0 3.0 -> 5.0 5.0 -> 999.0

1 -99.0 -> 0.0 小计

0.0 -> 1.0 1.0 -> 3.0 3.0 -> 5.0 5.0 -> 999.0

2 -99.0 -> 0.0

0.0 -> 1.0

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小计 总计

小计

1 小计 1.0 -> 3.0 3.0 -> 5.0 5.0 -> 999.0

-99.0 -> 0.0 0.0 -> 1.0 1.0 -> 3.0 3.0 -> 5.0 5.0 -> 999.0 63 0 0 63 0 0 125 2563 250 2938 3000 290313

175 0 0 175 0 0 350 7175 700 8225 8400 787425 2.56 0 0 2.56 0 0 2.91 3.9 6.99 4.12 4.09 6.66 447.3

0 0 447.3

0 0

1018.27 28014.3 4892.55 33925.12 34372.41 5246071

表6.3 qv2矿体的统计结果

Z 估值次数 金品位 体积 吨位 金品位 金品位 90.0 -> 100.0 小计 100.0 -> 110.0 小计 110.0 -> 120.0

1

小计 0

0.0 -> 1.0 1.0 -> 3.0 3.0 -> 5.0 5.0 -> 999.0 313 0 188 188 63 750 750 0 0 438 0 0 438 3688 0 4000 5625 5313 18625 19063

0 0 1813 0 0 1813

43

875 0 525 525 175 2100 2100 0 0 1225 0 0 1225 10325

0 11200 15750 14875 52150 53375

0 0 5075 0 0 5075

-99 -86625 0 0 1.6 838.39 3.5 1836.38 5.33 932.77 -39.53 -83017.5 -39.53 -83017.5

0 0 1.97 0 0 1.97 -99 0 2.09 4.41 5.96 -16.12 -15.7

0

0

0

2418.26

0 0

2418.26 -1022175

0

23429.6 69438.09 88656.56 -840651 -838232

0

1 -99.0 -> 0.0

小计

0.0 -> 1.0 1.0 -> 3.0 3.0 -> 5.0 5.0 -> 999.0

2 -99.0 -> 0.0

0.0 -> 1.0 1.0 -> 3.0 3.0 -> 5.0 5.0 -> 999.0 小计

1 -99.0 -> 0.0

小计

0.0 -> 1.0 1.0 -> 3.0 3.0 -> 5.0 5.0 -> 999.0

0 0 2.06 10431.37 0 0 0 0 2.06 10431.37

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小计 120.0 -> 130.0 小计 130.0 -> 140.0 小计 140.0 -> 150.0 小计 150.0 -> 160.0

2 -99.0 -> 0.0

0.0 -> 1.0 1.0 -> 3.0 3.0 -> 5.0 5.0 -> 999.0 小计

1 -99.0 -> 0.0

小计

0.0 -> 1.0 1.0 -> 3.0 3.0 -> 5.0 5.0 -> 999.0

2 -99.0 -> 0.0

0.0 -> 1.0 1.0 -> 3.0 3.0 -> 5.0 5.0 -> 999.0 小计

1 -99.0 -> 0.0

小计

0.0 -> 1.0 1.0 -> 3.0 3.0 -> 5.0 5.0 -> 999.0

1 -99.0 -> 0.0

小计

0.0 -> 1.0 1.0 -> 3.0 3.0 -> 5.0 5.0 -> 999.0

1 -99.0 -> 0.0

小计

0.0 -> 1.0 1.0 -> 3.0 3.0 -> 5.0 5.0 -> 999.0

44

63 0 4750 17875 41625 64313 66125

0 0 250 0 0 250 0 0 2438 24500 67438 94375 94625 1688 0 1688 16563 60500 80438 80438 375 0 0 9563 15313 25250 25250

0 0 0 813 0 813

175 0 13300 50050 116550 180075 185150

0 0 700 0 0 700 0 0 6825 68600 188825 264250 264950 4725 0 4725 46375 169400 225225 225225 1050 0 0 26775 42875 70700 70700

0 0 0 2275 0 2275

-99 0 2.28 4.36 6.54 5.52 5.42 0 0 2.32 0 0 2.32 0 0 2.4 4.29 6.32 5.69 5.68

-17325

0

30279.15 218411 762170.1 993535.2 1003967

0

0

1620.57

0 0

1620.57

0 0

16383.11 294320.9 1193589 1504293 1505914

-99 -467775 0 2.58 4.42 6.4 3.7 3.7

0

12191.51 204952.1 1084339 833707.6 833707.6

-99 -103950 0 0 4.52 5.83 3.78 3.78 0

0 0

121093.7 249851.5 266995.2 266995.2

0

0 0 0 0 3.98 9058.82 0 0 3.98 9058.82

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小计 总计

813 287063 2275 803775 3.98 9058.82 3.36 2698392

6.5计算矿体的体积

Surpac提供了实体模型的有效性验证功能，以检查构建好的实体模型是否包含无效边、重复边、自交叉等错误。该矿体三维实体模型通过了Surpac的有效性检查后，可以使用“报告实体体积”功能，得到“实体建模的体报告”(可以根据需要任意选择输出的报告是.html格式、.pdf格式或.csv格式)，从而快速而又准确地获得该金矿矿体的表面积和体积，统计出矿石储量。实体模型报告如表6.4。

表6.4实体模型报告

体 三角网范围 表面积 体积 总面积 总体积

X 最小：2363.872 X 最大：2503.748

qv1 Y 最小：6720.766 70484 296530

Y 最大：7077.947 Z 最小：96.244 Z 最大：156.245

131833 581206 X 最小：2402.180 X 最大：2521.563

qv2 Y 最小：6721.878 61349 284677

Y 最大：7079.250 Z 最小：91.797 Z 最大：154.378

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/zme5.html